(57)【要約】【課題】寄生容量を低減して、静電容量の検出精度を向上することができる静電容量検出装置を提供する。【解決手段】静電容量検出装置は、グランド電極との間に静電容量を形成するセンサ電極１４と、プリント基板１０に実装され、発振器２２、該発振器２２で発生した高周波信号をセンサ電極１４に供給する内部配線（配線２４、電極パッド２６）、並びにこれら発振器２２及び内部配線の設けられる基板２１を有し、静電容量に応じて高周波信号の変動された検出信号ａに基づいて当該静電容量を検出する。静電容量検出装置は、内部配線及び基板２１の間に設けられ、検出信号ａと同位相、且つ、同振幅のシールド信号ｂが供給されるシールド層３１，３２を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
グランド電極との間に静電容量を形成するセンサ電極と、
プリント基板に実装され、高周波信号源、該高周波信号源で発生した高周波信号を前記センサ電極に供給する内部配線、並びにこれら高周波信号源及び内部配線の設けられる基板を有し、前記静電容量に応じて前記高周波信号の変動された検出信号に基づいて当該静電容量を検出する検出用集積回路とを備える静電容量検出装置において、
前記内部配線及び前記基板の間に設けられ、前記検出信号と同位相、且つ、同振幅のシールド信号が供給されるシールド層を備えたことを特徴とする静電容量検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の静電容量検出装置において、
前記内部配線は、外部接続用の電極パッド及び該電極パッドと前記高周波信号源とを接続する配線の少なくとも一方であることを特徴とする静電容量検出装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の静電容量検出装置において、
前記シールド層の少なくとも一部は、前記基板の表面に垂直な視線で見たときに、前記内部配線を内包することを特徴とする静電容量検出装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の静電容量検出装置において、
前記検出用集積回路は、
前記静電容量との間でローパスフィルタを構成する抵抗を備え、
前記検出信号は、前記静電容量に応じて減衰された前記高周波信号であることを特徴とする静電容量検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、静電容量検出装置として、センサ電極に高周波信号を供給するとともに、該センサ電極がグランド電極との間に形成する静電容量に応じて変動する検出信号に基づいて当該静電容量を検出し得るものが提案されている（例えば特許文献１など）。こうした静電容量検出装置では、センサ電極に高周波信号を供給等するための検出用集積回路がプリント基板に実装されるとともに、センサ電極と検出用集積回路とがプリント基板上の配線パターンで接続されることが一般的である。
【０００３】
また、このような静電容量検出装置において、配線パターンの寄生容量を低減するために、プリント基板と配線パターンとの間にシールド層を設けるとともに、該シールド層に検出信号と同位相、且つ、同振幅のシールド信号を供給するものが提案されている。この場合、配線パターンの寄生容量が低減されることで、静電容量の検出精度が向上される。
【特許文献１】特開２００１−２６４１９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、静電容量の検出精度に影響を及ぼす寄生容量は、配線パターンのみならず、検出用集積回路内部の電極パッドや配線にも生じる。従って、検出用集積回路内部の電極パッド及び配線の寄生容量によって、静電容量の検出精度が低下する可能性がある。特に、数ｐＦ程度の微小な静電容量を検出する場合には、このような内部の寄生容量が静電容量の検出精度に著しい影響を及ぼすことになる。
【０００５】
本発明の目的は、寄生容量を低減して、静電容量の検出精度を向上することができる静電容量検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、グランド電極との間に静電容量を形成するセンサ電極と、プリント基板に実装され、高周波信号源、該高周波信号源で発生した高周波信号を前記センサ電極に供給する内部配線、並びにこれら高周波信号源及び内部配線の設けられる基板を有し、前記静電容量に応じて前記高周波信号の変動された検出信号に基づいて当該静電容量を検出する検出用集積回路とを備える静電容量検出装置において、前記内部配線及び前記基板の間に設けられ、前記検出信号と同位相、且つ、同振幅のシールド信号が供給されるシールド層を備えたことを要旨とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の静電容量検出装置において、前記内部配線は、外部接続用の電極パッド及び該電極パッドと前記高周波信号源とを接続する配線の少なくとも一方であることを要旨とする。
【０００８】
上記各構成によれば、前記内部配線及び前記基板の間に設けられたシールド層に、前記検出信号と同位相、且つ、同振幅のシールド信号が供給されることで、前記内部配線の寄生容量を低減し、静電容量の検出精度を向上することができる。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の静電容量検出装置において、前記シールド層の少なくとも一部は、前記基板の表面に垂直な視線で見たときに、前記内部配線を内包することを要旨とする。
【００１０】
同構成によれば、前記シールド層の少なくとも一部は、前記内部配線を内包し得るに十分な面積が確保されていることで、前記内部配線の寄生容量をより確実に低減することができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の静電容量検出装置において、前記検出用集積回路は、前記静電容量との間でローパスフィルタを構成する抵抗を備え、前記検出信号は、前記静電容量に応じて減衰された前記高周波信号であることを要旨とする。
【００１２】
同構成によれば、前記静電容量を検出するための前記検出用集積回路の構成を極めて簡易なものにできる。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１乃至４に記載の発明では、寄生容量を低減して、静電容量の検出精度を向上することができる静電容量検出装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図２に従って説明する。なお、図１は、例えばタッチパネルなどにおいて、その操作の検出に供される静電容量検出装置の電気的構成を示す平面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図１では、四角板状をなすプリント基板１０の実装面であるその表面に垂直な視線で見た状態を模式的に示している。同図に示したように、プリント基板１０には、四角板状をなす検出用集積回路１１が平面視において該プリント基板１０に内包される態様で実装されるとともに、該検出用集積回路１１の外側（図１においてハッチングを描画した四角枠状の領域）において、長尺状をなす複数（本実施形態では、２つ）のシールド層１２が外側に向かって延出成形され、更に各シールド層１２の長手方向に沿ってその表面上に成形される態様で配線パターン１３が設けられている。なお、これらシールド層１２及び配線パターン１３は、例えば銅などの導体にて成形されており、各シールド層１２上の配線パターン１３は、図示しない絶縁膜を介して該シールド層１２と電気的に絶縁されている。上記検出用集積回路１１は、これら配線パターン１３を介してプリント基板１０外部に配設された複数（２つ）の平板状のセンサ電極１４にそれぞれ電気的に接続されている。各センサ電極１４は、所定の電位を有するグランド電極（例えば接地導体）との間に静電容量を形成するとともに、例えば人体（手指など）の近接又は接触に伴い該人体との間に静電容量を形成する。つまり、人体を通してグランド電極に接地される各センサ電極１４は、人体との距離に応じて該人体との間に形成する静電容量が変動される。
【００１５】
前記検出用集積回路１１は、例えば半導体からなる基板２１を備えるとともに、該基板２１には、高周波信号源としての発振器２２が設置されている。上記発振器２２には、抵抗２３の一端が電気的に接続されるとともに、該抵抗２３の他端には、例えばアルミニウムやポリシリコンなどの導体にて成形された配線２４の一端が電気的に接続されている。なお、上記配線２４の他端は、セレクタ２５を介して前記センサ電極１４と同数（２つ）に分岐された互いに独立の配線部２４ａを形成するとともに、各配線部２４ａにおいて、例えばアルミニウムやポリシリコンなどの導体にて成形された外部接続用の複数（２つ）の電極パッド２６の１つと電気的に接続されている。これら配線２４及び電極パッド２６は、検出用集積回路１１の内部配線を構成する。そして、前記検出用集積回路１１は、各電極パッド２６において、対応する配線パターン１３、即ちセンサ電極１４と電気的に接続されている。これにより、発振器２２で発生した高周波信号は、セレクタ２５において選択されたいずれか１つの電極パッド２６（配線部２４ａ）及び配線パターン１３を介して対応するセンサ電極１４に供給される。
【００１６】
また、各電極パッド２６（配線部２４ａ）は、セレクタ２５を介して個別に増幅器２７の入力端子に電気的に接続されるとともに、該増幅器２７の出力端子は、信号処理回路２８と電気的に接続されている。前記各センサ電極１４の形成する静電容量は、前記抵抗２３との間でローパスフィルタを構成しており、当該静電容量に応じて減衰された前記発振器２２からの高周波信号が検出信号ａとして前記増幅器２７へと出力される。そして、増幅器２７において増幅等された検出信号ａは、前記信号処理回路２８において、例えば整流等の処理が施されることで、前記静電容量に応じた出力レベルを有する信号に変換されるとともに、各センサ電極１４の形成する静電容量が検出される。
【００１７】
図２に示したように、本実施形態では、配線２４及び基板２１間、並びに各電極パッド２６及び基板２１間に、例えばアルミニウムやポリシリコンなどの導体にて成形されたシールド層３１，３２が配設されている。基板２１上のシールド層３１，３２は、これら基板２１及びシールド層３１，３２間に介装された、例えばＳｉＯ２からなる絶縁膜３３にて該基板２１と電気的に絶縁されるとともに、シールド層３１，３２上の内部配線（配線２４、電極パッド２６）は、これらシールド層３１，３２及び内部配線間に介装された、例えばＳｉＯ２からなる絶縁膜３４にてシールド層３１，３２と電気的に絶縁されている。つまり、これらシールド層３１，３２及び内部配線は、絶縁膜３３，３４により絶縁される態様で基板２１上に順次積層されている。図１にドットのパターンで示したように、これらシールド層３１，３２は、前記基板２１（プリント基板１０）の表面に垂直な視線で見たときに、前記配線２４及び電極パッド２６をそれぞれ内包する。
【００１８】
図１に示すように、前記増幅器２７の出力端子は、増幅器３５の入力端子に電気的に接続されるとともに、該増幅器３５の出力端子は、電極パッド３６を介して前記複数のシールド層１２及びシールド層３２の全てと電気的に接続されている。なお、増幅器２７において増幅等された検出信号ａは、増幅器３５及び電極パッド３６を介して、前記検出信号ａと同位相、且つ、同振幅のシールド信号ｂとして前記複数のシールド層１２及びシールド層３１，３２に供給される。この増幅器３５は、増幅器２７において増幅等された検出信号ａに影響を及ぼすこととなく検出信号ａと同位相、且つ、同振幅のシールド信号ｂとしてシールド層１２，３１，３２に供給するためのものである。このシールド信号ｂが前記シールド層１２に供給されることで前記配線パターン１３の寄生容量が低減され、前記シールド層３１，３２に供給されることで内部配線（配線２４、電極パッド２６）の寄生容量が低減される。従って、前記信号処理回路２８では、前記配線パターン１３のみならず、内部配線の寄生容量が低減された検出信号ａに基づいて、各センサ電極１４の形成する静電容量がより高精度に検出される。この検出された静電容量は、各センサ電極１４への人体の近接又は接触の検出に供され、例えばタッチパネルなどにおいてその操作の検出に供される。
【００１９】
以上詳述したように、本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）本実施形態では、内部配線（配線２４、電極パッド２６）及び基板２１の間に設けられたシールド層３１，３２に、前記検出信号ａと同位相、且つ、同振幅のシールド信号ｂが供給されることで、前記内部配線の寄生容量を低減し、静電容量の検出精度を向上することができる。特に、数ｐＦ程度の微小な静電容量を検出する場合において、内部配線の微小な寄生容量を好適に低減することができる。
【００２０】
（２）本実施形態では、前記シールド層３１，３２は、前記基板２１の表面に垂直な視線で見たときに、前記内部配線を内包し得るに十分な面積が確保されていることで、前記内部配線の寄生容量をより確実に低減することができる。
【００２１】
（３）本実施形態では、前記検出用集積回路１１は、各センサ電極１４の形成する静電容量及び抵抗２３の間でローパスフィルタを構成し、該静電容量に応じて減衰された前記高周波信号を前記検出信号ａとするため、当該静電容量を検出するための検出用集積回路１１の構成を極めて簡易なものにできる。
【００２２】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・前記実施形態において、シールド層３１，３２のいずれか一方を割愛してもよい。
・前記実施形態において、セレクタ２５と増幅器２７の入力端子とを接続する信号線Ｌ１（図１参照）及び基板２１の間にシールド層を設けてもよい。
【００２３】
・前記実施形態において、センサ電極１４及び対応する配線パターン１３等は、１つ又は３つ以上であってもよい。
・前記実施形態において、静電容量を検出するための検出用集積回路１１の回路構成は一例である。
【００２４】
・本発明は、人体の近接又は接触を検出する適宜のタッチセンサや自動車などの車両に搭載される乗員検知センサに適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態の電気的構成を示す平面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図。
【符号の説明】
【００２６】
１０…プリント基板、１１…検出用集積回路、１４…センサ電極、２１…基板、２２…高周波信号源としての発振器、２３…抵抗、２４…内部配線を構成する配線、２６…内部配線を構成する電極パッド、２８…信号処理回路、３１，３２…シールド層。
【図１】
2007324088.tif 000003
【図２】
2007324088.tif 000004